[論文レビュー] The rates of Type Ia Supernovae. I. Analytical Formulations

L. Greggio|ArXiv.org|Apr 18, 2005

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 63被引用数 159

ひとこと要約

本稿では、星族からのIa超新星（SNIa）発生率を計算するための解析的枠組みを提示する。これにより、前身星モデルに結びつく実現確率 $A_{\rm Ia}$ と遅れ時間分布 $f_{\rm Ia}(\tau)$ が導出される。現在の晩期銀河におけるSNIa発生率は、星形成ごとに $A_{\rm Ia} \sim 10^{-3}$ であることを制限し、その遅れ時間分布が平坦であるため、単一白色矮星系よりも二重白色矮星系が好まれる。星形成バースト後、0.3–3 Gyrの間にSNIaの半数が発生することが示唆される。

ABSTRACT

This paper provides a handy tool to compute the impact of Type Ia Supernova (SNIa) on the evolution of stellar systems. An effective formalism is presented to couple the SNIa rate to the star formation history, which rests upon the definition of two key properties of the progenitor's model: the realization probability of the SNIa event from a single stellar generation and the distribution function of the delay times. It is shown that the current SNIa rate in late type galaxies implies that the realization probability is on the order of 0.001. Analytical formulations for the distribution function of the delay times for Single (SD) and Double Degenerate (DD) progenitors are derived, based on stellar evolution arguments. These formulations, which agree well with the results of Monte Carlo simulations for the evolution of close binaries, have a built in parametrization of the key properties of the alternative candidates. The various models for the progenitors have different impact on the large scales. In particular, the paper examines the systematic trend of the SNIa rate per unit mass with the color of the parent galaxy, and shows that the recent observations favor the DD model. The SD scenario can reproduce the data only if the distribution of the primordial mass ratios is flat, and the accretion efficiency onto the WD is close to 100%. The timescale for the Fe release from SNIa to the interstellar medium ranges between 0.3 and 3 Gyr for a wide variety of hypothesis on the SNIa progenitors. (ABRIDGED)

研究の動機と目的

• 完全な人口合成コードに依存しない、SNIa発生率を星族から計算するための実用的で解析的なフレームワークの構築。
• 実現確率 $A_{\rm Ia}$ と遅れ時間分布 $f_{\rm Ia}(\tau)$ を、二重前身星系の物理的性質に結びつける。
• 初期期銀河および晩期銀河におけるSNIa発生率の観測的制約を用いて、前身星モデル（単一白色矮星対比・二重白色矮星）を制約する。
• 星形成バーストに続くSNIaイベントによる鉄の放出 timescale を定量化し、化学進化およびICMの豊度増加に寄与する。
• $f_{\rm Ia}(\tau)$ の形状とそれに伴うSNIa発生率の時間的変化に与える影響を通じて、前身星モデルを直接比較可能にする。

提案手法

• 二重星の進化を仮定し、模式的な質量移動と合体結果に基づいて $f_{\rm Ia}(\tau)$ の解析的表現を導出する。
• 主な物理的入力（最小・最大質量、質量比分布、軌道分離分布、降着効率）を用いて前身星モデルをパラメータ化する。
• 星形成ごとの総SNIa発生率を正規化するために実現確率 $A_{\rm Ia}$ を用いる。
• 同一パラメータ下で人口合成コードの結果と比較し、良好な一致を示す。
• 観測されたSNIa発生率の傾向を用いて、銀河タイプにわたる前身星モデルを制約する。
• 楕円銀河におけるSNIa発生率の時間的進化を、$f_{\rm Ia}(\tau)$ のべき乗近似を用いて評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 遅れ時間分布 $f_{\rm Ia}(\tau)$ と二重前身星系の物理的パラメータとの間の解析的関係は何か？
• RQ2 異なる前身星モデル（単一白色矮星対比・二重白色矮星）は、$f_{\rm Ia}(\tau)$ の形状とSNIa発生率の時間的変化をどのように異なるように予測するか？
• RQ3 晩期銀河における観測されたSNIa発生率は、実現確率 $A_{\rm Ia}$ にどのような制約を課えるか？
• RQ4 銀河タイプにわたるSNIa発生率の観測傾向は、なぜ二重白色矮星チャネルを単一白色矮星チャネルよりも好むのか？
• RQ5 異なる前身星モデルにおいて、星形成バーストに続くSNIaイベントの半数が発生するまでの timescale は何か？

主な発見

• 晩期銀河における現在のSNIa発生率は、実現確率を $A_{\rm Ia} \sim 10^{-3}$ に制限する。これは、星形成ごとに1000 $M_\odot$ あたり1件のSNIa発生を意味する。
• 初期銀河と晩期銀河におけるSNIa発生率の比較から、$f_{\rm Ia}(\tau)$ は短い遅れ時間に多く集まらねばならず、二重白色矮星系が好まれる。
• 二重白色矮星モデルは観測値に単一白色矮星モデルよりも適合が良い。単一白色矮星モデルは $f_{\rm Ia}(\tau)$ の低下が急すぎる予測をする。
• 質量比分布が平坦でかつ降着効率が100％に近い場合に限り、単一白色矮星シナリオは観測と整合する。
• 星形成バーストに続くSNIaイベントの半数が発生するまでの timescale は、すべての検討された前身星モデルで0.3–3 Gyrの範囲に収まる。
• $f_{\rm Ia}(\tau)$ の形状は単純なべき乗則ではなく、中間遅れ時間に顕著なピークを持つ。これは、楕円銀河におけるガスの流れに影響を与える。